IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 6/1999, Seite 110 ff.

HAUS DER TECHNIK

Wandheizungen

Strahlungswärme für optimale Behaglichkeit

Dipl.-Ing. Michael Georg*

Im Zusammenhang mit der durch den Gesetzgeber betriebenen stetigen Diskussion um Energie-Einsparpotentiale und den damit einhergehenden Verabschiedungen von entsprechenden Gesetzen und Verordnungen wird insbesondere auch im Bereich der haustechnischen Installationen nach immer neuen Techniken und Systemen gesucht, um den daraus resultierenden Anforderungen gerecht zu werden.
So gewinnen Systeme, die auf effiziente Weise eine Bereitstellung von Heizwärme ermöglichen, wie die Brennwert- oder Niedertemperaturtechnik und alternative Energiesysteme, wie z.B. Wärmepumpen, Solarenergie, Erdwärmenutzung über Erdsonden und -kollektoren, immer mehr an Bedeutung.

Um jedoch die technischen Vorteile dieser Technologien der Energie-/ Wärmeerzeugung bzw. -erschließung optimal auszunutzen, müssen in gleicher Weise die Systeme der Wärmeverteilung optimiert werden.

Flächenheizungssysteme, insbesondere Fußbodenheizungen, haben im Zuge dieser Entwicklungen in den letzten Jahren einen deutlichen Aufschwung erfahren, der sich in einem gestiegenen Marktanteil gegenüber konventionellen Wärmeverteilsystemen, z.B. Radiatoren, widerspiegelt.

Neben der bekannten Fußbodenheizung mit ihren diversen Modifikationen für Sonderanwendungen im Bereich der Industrie- und Freiflächenheizung sowie für Sport- und Schwingböden wird seitens der Systemanbieter für Flächenheizungssysteme eine steigende Nachfrage nach Formen der Beheizung von Wänden (Wandheizungen) verzeichnet.

Die nachfolgenden Informationen zu Wandheizungen, deren eigentliche Ursprünge schon etwa 2000 Jahre zurückliegen, sollen dazu beitragen, diese wenig verbreitete Variante der Flächenheizung für den Planer, den Verarbeiter und ebenso für den Nutzer, transparenter zu gestalten.

Wandheizungssysteme

Wandheizungen unterscheiden sich zum einen in der konstruktiven Gestaltung und zum anderen im Funktionsprinzip, was eine unterschiedliche Gewichtung des Strahlungs- und Konvektionsanteils für die von der Wandfläche ausgehende Wärmeübertragung zur Folge hat.

Es werden die folgenden Systeme unterschieden:

Bild 1: Sockelheizleiste mit durch Konvektion hervorgerufenen Luftströmungen.

Sockelheizleiste

Sockelheizleisten werden in Form von Montagebausätzen vor eine bestehende Wandkonstruktion aufgebaut. Durch ein wasserführendes Rohr, welches häufig, um die wärmeabgebende Oberfläche zu vergrößern, mit metallischen Lamellen versehen ist, wird die Raumluft erwärmt und steigt im wandnahen Bereich durch Konvektion langsam nach oben (Bild 1).

Dieses vorwiegend konvektiv arbeitende System wird hauptsächlich für den nachträglichen Einbau im Altbaubereich eingesetzt. Da die charakteristischen Merkmale von Wandheizungen, wie niedrige Systemtemperaturen und großflächige Strahlungsflächen zur Wärmeübertragung bei der Sockelheizleiste nicht zum Tragen kommen, kann sie nicht direkt mit den nachfolgend beschriebenen Wandheizungssystemen verglichen werden.

Die Sockelheizleiste kann eigentlich als ein hinsichtlich der Formgebung für den speziellen Anwendungsfall modifiziertes Heizkörpersystem bezeichnet werden.

Bild 2: Hypokaustensystem mit Wandaufbau in Trockenbauweise.

Hypokaustensystem

Basierend auf der Grundidee der Sockelheizleiste steigt beim Hypokaustensystem über ein mit Lamellen versehenes Heizrohr die erwärmte Luft durch senkrechte Luftkanäle nach oben und erwärmt die Wand. Dies führt zu einer angenehmen milden Strahlungswärme, welche großflächig über die gesamte Wandfläche abgegeben wird. Die Wand kann dabei aus speziellen Hohlkammersteinen bestehen oder alternativ durch eine Vorsatzschalenkonstruktion hergestellt werden.

Das Hypokaustensystem weist gegenüber dem Sockelheizleistensystem eine höhere Effizienz auf, da hier mit einem wesentlich höheren Strahlungsanteil gearbeitet wird.

Im Zusammenhang mit dem Aufbau des Systems ist zu berücksichtigen, daß es für die Funktionalität des Systems zwingend erforderlich ist, daß die Luftkanäle winddicht ausgeführt werden und somit keine die Wärmeübertragung negativ beeinflussenden Fehlzirkulationen auftreten. Besonders zu beachten bei der Bauausführung sind aus diesem Grund Problembereiche wie z.B. Rolladenkästen, Gurtdurchführungen, Türen, Fenster und Übergänge zwischen Wand- und Deckenbauteilen.

Bild 3: Wandheizung mit in die Putzschicht eingebetteten Heizrohren.

Wandheizungen mit flächig installierten Rohrsystemen

Bei den in Bild 3 und 4 dargestellten Wandheizungen findet die Wärmeübertragung primär durch Wärmestrahlung mit einem gegenüber den vorherigen Systemen vernachlässigbar kleinen konvektiven Anteil statt. Der deutlich höhere Wärmestrahlungsanteil gegenüber den zuvor beschriebenen Systemen führt zu einer Anhebung des Temperaturniveaus der Raumumschließungsflächen. Auch die nicht direkt beheizten Raumumschließungsflächen erfahren eine Erwärmung, was zu einer Optimierung der für das Nutzerempfinden relevanten operativen Raumtemperatur führt. Einer Entwärmung des menschlichen Körpers, was für den Menschen durch das Gefühl des Frierens spürbar ist, wird ebenso wirksam vorgebeugt, wie dem Auftreten von unerwünschten Raumluftströmungen, welche der Mensch als Zugerscheinungen registriert.

Die konstruktiven Unterschiede im Aufbau der beiden dargestellten Wandheizungsvarianten spiegeln sich in den Leistungswerten wider.

So können bei gleichen Betriebstemperaturen aufgrund der besseren Wärmeübertragungseigenschaften bei dem in eine homogene Putzschicht eingebetteten Heizrohr höhere Wärmeleistungswerte erzielt werden, als dies bei der Trockenbauvariante der Fall ist. Beim Trockenbausystem wird das wasserführende Heizrohr mit zusätzlichen, die Wärmeübertragungseigenschaften verbessernden, dünnschichtigen metallischen Wärmeleitlamellen ebenflächig in eine speziell geformte Dämmschicht eingelegt.

Im Hinblick auf das Behaglichkeitsempfinden des Nutzers ergeben sich für die beiden dargestellten Wandheizungsvarianten Vorteile gegenüber der Sockelheizleiste und dem Hypokaustensystem, da sich aufgrund der über die gesamte Wandfläche in geringem Abstand verlegten wasserführenden Heizrohre eine sehr gleichmäßige Wärmeabgabe mit damit verbundenen gleichmäßigen Wandoberflächentemperaturen einstellen.

Als Rohrmaterial eignen sich für die oben genannten Anwendungen in besonderer Weise vernetzte und sauerstoffdichte Polyethylen-Heizrohre. Ihre hohe Flexibilität und ihre auf die Baustellenbedingungen abgestimmte hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen ermöglicht variable, den individuellen und objektspezifischen Anforderungen angepaßte Verlegeabstände und Verlegeformen.

Ein weiterer, insbesondere für den Anlagenbetreiber bzw. Nutzer interessanter Vorteil ergibt sich durch die im Vergleich zur Sockelheizleiste und dem Hypokaustensystem um etwa 25% niedrigeren Betriebstemperaturen. Einhergehend mit sinkenden Betriebstemperaturen reduziert sich die für die Betriebskosten primär relevante Größe des Energieverbrauchs. Darüber hinaus ergibt sich ein größeres Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten für alternative Energiesysteme mit niedrigen Betriebstemperaturen, z.B. Solarkollektoren, Wärmepumpe u.a.

Begründen lassen sich die niedrigeren Betriebstemperaturen durch die prinzipiell unterschiedlichen Funktions- und Konstruktionsprinzipien, die bei Wandheizungen mit flächig installierten Rohrsystemen eine für die Wärmeübertragung und -speicherung effizientere Nutzung der die Heizrohre direkt umgebenden Bauteilschichten ermöglicht.

Im Hinblick auf den für den Nutzer sehr interessanten Gesichtspunkt der Raumoptik ist darüber hinaus anzumerken, daß flächig als Rohrsysteme ausgeführte Wandheizungen optisch völlig unsichtbar bleiben. Vorwiegend konvektiv arbeitende Wandheizungen benötigen dagegen aufgrund ihrer Funktionsweise Luftein- und -auslässe in Boden- und Deckenhöhe.

Bild 4: Wandheizung in Trockenbauweise mit speziell geformter Wärmedämmschicht für die Heizrohraufnahme.

Planungs-Checkliste

Um ein auf die Nutzervorstellungen und die objektspezifischen baulichen Vorgaben und Anforderungen optimal abgestimmtes Wandheizungssystem zu konzipieren, sollte wie nachfolgend beschrieben vorgegangen werden:

  1. Ermittlung des Wärmebedarfs entsprechend DIN 4701. Für die Auslegung der Heizflächen sind die Werte für den bereinigten Wärmebedarf anzusetzen.
  2. Auswahl des Wandheizungssystems unter Berücksichtigung der durch die Art des Objektes, z.B. Alt- oder Neubau, definierten baulichen Vorgaben.
  3. Festlegung der Wandaufbaukonstruktion
  4. einschließlich der vorgesehenen Wandverkleidung, wie z.B. Tapeten, Fliesen usw.
  5. Ermittlung der für die Wandheizung zur Verfügung stehenden Wandflächen. Hierbei sind alle die Wärmeübertragung negativ beeinflussenden Größen, z.B. Art und Aufstellung von Möbelteilen, insbesondere Schrank- und Regalelemente, zu berücksichtigen.
  6. Berechnung der für die Raumbeheizung erforderlichen Wärmestromdichte bei den zur Verfügung stehenden Wandflächen.
  7. Berechnung der aus der Wärmestromdichte resultierenden erforderlichen Betriebstemperaturen für das Wandheizungssystem. Bei unerwünscht hohen oder für einzelne Bauteile, z.B. die Putzschicht, schädlichen Betriebstemperaturen sind Planungskorrekturen erforderlich. Hierbei kann z.B. durch eine bessere Gebäudedämmung der Wärmebedarf oder bei Erhöhung des für die Wandheizung zur Verfügung stehenden Wandflächenanteils die erforderliche Wärmestromdichte reduziert werden. Bei den flächig mit Rohrsystemen installierten Wandheizungen bestehen über die Variation des Rohrverlegeabstandes weitere sich auf die Betriebstemperaturen auswirkende Einflußmöglichkeiten.
  8. Bestimmung der Größe und des Montageortes für den Heizkreisverteiler. Hierbei sind die Möglichkeiten für die Rohrführung vom Verteiler zu den Wandheizflächen zu beachten. Die Anschlußleitungen zu den Wandheizflächen werden im Regelfall über die Bodenkonstruktion geführt. Weiterhin ist hinsichtlich der Anordnung des Verteilers zu berücksichtigen, daß insbesondere bei den flächig mit Rohrsystemen installierten Wandheizungen die Entlüftung des Rohrnetzes am Verteiler erfolgen sollte. Aus diesem Grund ist es empfehlenswert, den Verteiler oberhalb der Wandheizfläche anzuordnen. Alternativ kann eine oberhalb der Heizebene angeordnete Entlüftungsmöglichkeit geschaffen werden. Die Anzahl der Heizkreise ergibt sich insbesondere bei Wandheizungssystemen mit einem flächig verlegten Rohrnetz aus der Größe der Wandheizfläche, der gewählten Rohrdimension sowie Anzahl und Anordnung von evtl. Wandeinbauelementen, z.B. Türen und Fenster, in der für die Verlegung mit einer Wandheizung vorgesehenen Wandfläche (Bild 5).

Bild 5: Anordnung und Verlegeform von Heizkreisen auf einer Wandfläche mit integriertem Fenster.

Gesetzliche Vorschriften und Normen

Normvorgaben bzgl. Prüfung, Auslegung, Aufbau und Konstruktion, wie sie beispielsweise für Warmwasser-Fußbodenheizungen in Form der DIN 4725 bzw. EN 12164 vorliegen, gibt es für Wandheizungssysteme nicht. Bei den in Bild 3 und 4 dargestellten Wandheizungsvarianten erfolgt die wärmetechnische Auslegung/Projektierung in Anlehnung an die Vorgaben der o.g. Normen. Ziel ist die Optimierung des Nutzerkomforts, insbesondere was die Parameter der Wandoberflächentemperatur, der Betriebstemperaturen, der Verlegeabstände usw. betrifft. Die Orientierung an den eigentlich für Fußbodenheizungen definierten Größen kann bei den genannten Systemen aus dem Grund erfolgen, da der konstruktive Aufbau der Wandheizflächen näherungsweise vergleichbar mit Fußbodenheizungsaufbauten ist. Es ist jedoch nochmals zu erwähnen, daß es prinzipiell keinerlei Normvorgaben für Aufbau und Auslegung von Wandheizungen gibt, was sich in entsprechender Weise in deutlich unterschiedlichen Leistungsangaben der Systemanbieter für vergleichbare Wandheizungssysteme widerspiegelt.

Im Hinblick auf das Behaglichkeitsempfinden und den Nutzerkomfort ist prinzipiell eine Auslegung der Wandheizflächen bei möglichst niedrigen Systemtemperaturen empfehlenswert.

Die Frage hinsichtlich der Notwendigkeit des Einsatzes von Dämmschichten wird durch die Ausführungen in Anlage 1 Abschnitt 3 der Wärmeschutzverordnung in der Fassung vom Aug. 1994 beantwortet.

Hier wird für Flächenheizungen, also unabhängig davon, ob es sich um eine Fußboden- oder eine Wandheizung handelt, zur Begrenzung des Wärmedurchgangs der Bauteilschichten zwischen der Heizfläche und der Außenluft, dem Erdreich oder Gebäudeteilen mit wesentlich niedrigeren Innentemperaturen ein Wärmedurchgangskoeffizient

K < 0,35 W/(m2K) gefordert. Der Großteil der in der Praxis realisierten Anwendungen für Wandheizungen ist mit dieser Anforderung abgedeckt, da aus Gründen des nutzerrelevanten Behaglichkeitsempfindens Wandheizungen an den Wandflächen angeordnet werden sollten, wo der Temperaturunterschied zum gewünschten Sollwert der Raumtemperatur am größten ist.

Wärmedämmschicht

Die Dämmschicht wird in solchen Fällen im Regelfall auf der Wandinnenseite angeordnet, da eine Anbringung z.B. an der Außenseite einer Gebäudeaußenwand im Regelfall aufgrund des damit verbundenen Aufwandes selten realisierbar ist. Es ist jedoch darauf zu achten, daß die Lage des Taupunktes möglichst weit außen in der Wand gehalten wird. In diesem Zusammenhang ist weiterhin zu beachten, daß bei Anordnung der Wandheizung einschl. Wärmedämmschicht an der Innenseite einer Gebäudeaußenwand der Außenputz bereits aufgebracht ist, damit keine Feuchtigkeit von außen in die Wand eindringen kann.

Die Anbringung einer Wärmedämmschicht bei Wandheizungen auf Raumtrennwänden zwischen gleichartig beheizten Räumen ist zwar nicht verbindlich vorgeschrieben, ist jedoch aus energetischen Gründen zur Vermeidung einer unerwünschten Aufheizung der gesamten Wandmasse sowie weiterhin aus Gründen der individuellen Raumtemperaturregelbarkeit empfehlenswert. Als Wärmedämmstoffe bei Wandheizungskonstruktionen mit Putzschicht eignen sich Hartschaumdämmstoffe entsprechend DIN 18164 Teil 1, z.B. PS 20 WD oder PS 30 WD. Die Dämmschichtoberfläche sollte aus Gründen der Putzhaftung strukturiert sein. Bei Aufbringung einer Putzschicht ist mit auf die Saugfähigkeit des Untergrundes abgestimmten Haftbrücken zu arbeiten. Für die Putzschicht sind alle handelsüblichen temperaturbeständigen Putzmaterialien geeignet. Bei Betriebstemperaturen über 50°C ist jedoch zu beachten, daß kein reiner Gipsputz zum Einsatz kommt. Von Bedeutung für die Eignung des Putzmaterials sind neben der Temperaturbeständigkeit auch die Elastizitätseigenschaften.

Die Putzstärke wird in Abhängigkeit vom gewählten Rohrdurchmesser mit einer Rohrüberdeckung von 10 bis 15 mm gewählt. Der Putz wird hierbei in zwei Arbeitsgängen aufgebracht, wobei im ersten Arbeitsgang das Rohrsystem mit Putz umschlossen wird. Anschließend wird eine Glasfaser-Gewebeeinlage in die frische Putzschicht eingedrückt um im zweiten Putzgang die abschließende Putzschicht aufzubringen.

Grundsätzlich sind für Putzarbeiten die DIN 18350, die DIN 18550 sowie die Verarbeitungsrichtlinien der Hersteller zu beachten. Trockenbauelemente, wie z.B. Gipskarton- und Gipsfaserplatten, welche vorwiegend bei konvektiv arbeitenden Wandheizungssystemen mit Luftkanälen eingesetzt werden, sind ebenfalls entsprechend den Richtlinien und Merkblättern der Hersteller und der einschlägigen Fachverbände zu verarbeiten.

Nach Anbinde- und Trockenzeit des Putzmaterials (Angaben des Herstellers beachten) ist ein an den für Fußbodenheizungen bekannten Vorgaben orientierter Aufheizvorgang auszuführen. Dieser sollte mit dem Hersteller des Wandheizungssystems abgestimmt sein.

Schlußbetrachtung

Wandheizungen erweisen sich aufgrund ihrer konstruktiv bedingten wärmetechnischen Eigenschaften und Besonderheiten gegenüber konventionellen Heizsystemen als zeitgemäße, der allgemeinen Forderung nach Energieeinsparung Rechnung tragende Raumheizlösung. Sie gewährleisten ein gesundes Wohnen bei angenehmen Raumklimabedingungen. Es handelt sich um konstruktiv und von der Funktion einfach gestaltete Systeme, die aufgrund ihrer niedrigen Investitions- und Betriebskosten sowie ihrer Wartungsfreundlichkeit sowohl für Planer, als auch für Handwerker und den Nutzer eine attraktive Möglichkeit der Raumbeheizung darstellen.

In den häufigsten Fällen sind Wandheizungen bisher lediglich als Ergänzungsheizung, hier aufgrund vergleichbarer Systemtemperaturen in Kombination mit Fußbodenheizungen, realisiert worden.

Da die Systeme selbst heute derart variabel konzipiert sind, daß es problemlos möglich ist, eine auf das objektspezifische Anforderungsprofil maßgeschneiderte Systemlösung sowohl für Anwendungen im Neu- als auch im Altbaubereich zu realisieren, dürften sich jedoch für die Zukunft weitere interessante und umfangreichere Anwendungsmöglichkeiten erschließen, die den allgemeinen Bekanntheitsgrad dieses Raumheizsystems erhöhen werden.

* Dipl.-Ing. Michael Georg, Produkttechnik Rohrsysteme, Roth Werke GmbH, Buchenau.

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